Este o cavitație

cavitatie
formarea bulelor de gaz într-un lichid. Termenul a fost introdus ca. 1894 de către inginerul britanic R. Froude. Dacă presiunea în orice punct al lichidului devine egală cu presiunea de vapori saturată a acestui lichid, lichidul din acest loc se evaporă și se formează o bule de vapori. Un exemplu este fierberea apei. Când apa este încălzită, presiunea vaporilor saturați crește. Când se atinge punctul de fierbere, presiunea de vapori devine egală cu presiunea ambiantă, iar bulele de aburi apar în apă. Buburile de abur într-un lichid sunt mai ușor formate sub presiune redusă. Atunci când presiunea atmosferică devine mai mare decât presiunea saturată a vaporilor lichidului, bulele de cavitație se prăbușesc cu forță. Un astfel de colaps de bule creează zgomot, provoacă vibrații și daune structurale, afectează negativ funcționarea mașinilor și mecanismelor relevante. Scăderea locală a presiunii în lichid are loc cu mișcarea relativă rapidă a corpului și a lichidului.






Actul Bernoulli. Conform legii Bernoulli, într-un fluid lipsit de frecare, energia este constantă de-a lungul fluxului. Acest lucru poate fi exprimat prin egalitate

unde p este presiunea, r este densitatea și v este viteza. Indicii 0, 1 și 2 se referă la orice trei puncte dintr-o linie curentă dată. Din această egalitate rezultă că, pe măsură ce viteza crește, presiunea locală scade (proporțional cu pătratul vitezei). Orice particulă de fluid care se deplasează de-a lungul unei linii curbate, de exemplu profilul profilului (figura 1), accelerează și suferă o scădere a presiunii locale. Dacă presiunea scade la presiunea saturată a vaporilor, apare cavitația. Acesta este mecanismul fenomenului de cavitație pe hidrofoane, elici, lame de turbină și lamele de pompă.

În cazul unui lichid care curge prin țeavă, în conformitate cu legea conservării masei (ecuația de continuitate), viteza lichidului crește în punctele de contracție ale tubului, unde este posibilă și cavitația.
Factorul de cavitație. Fenomenul de cavitație este exact același pentru fluxul din jurul corpului imobil și pentru mediul în care se mișcă corpul. În ambele cazuri, numai viteza relativă și presiunea absolută sunt importante. Relația dintre presiune și viteză la care apare cavitația este dată de criteriul fără dimensiuni, care se numește coeficientul de cavitație (numărul de cavitație) și este determinat de expresia

unde pv este presiunea de vapori saturată a unui lichid la o temperatură dată.
Tipuri de cavitație. În Fig. Figura 2 prezintă cavitația pe un hidrofoan fix fixat într-un tub hidrodinamic de mare viteză. La un anumit debit de apă, presiunea locală la suprafața aripii este redusă la presiunea vaporilor de apă. Cavitățile cavitale apar pe suprafața aripii. Bulele cresc, schimbându-se în direcția curentului. (Deoarece bulele se formează în apropierea suprafeței aripii, ele au o formă hemisferică.) Acest tip de cavitație se numește cavitație non-staționară de bubble. Dacă există o proiecție pe suprafață, bulele se concentrează pe ea. O asemenea cavitație staționară este de asemenea prezentată în Fig. 2.

Cavitația poate apărea în zona de vârtejuri formate în locuri cu forfecare mărită și presiune scăzută. Cavitația Vortex este adesea văzută pe marginea frontală a aripi portante pe cele mai importante marginile lamelor și în spatele butucului elicei. Apariția simultană a diferitelor tipuri de cavitație este posibilă. În Fig. 3 este o elice marin vortex cavitație la muchiile lamelor, cavitație staționare la suprafața paletelor și cavitația vortex asociat în spatele butucului. Cavitația într-un fluid cauzat de un val de sunet se numește acustică.

Cavitația și tehnologia. Viteza fluxului este, de obicei, redusă foarte mult la marginea posterioară a profilului. Aici, presiunea devine mai mare decât presiunea de vapori. De îndată ce condițiile favorabile pentru cavitație dispar, bulele se prăbușesc imediat. Energia eliberată de colapsul bulelor este foarte semnificativă.
Eroziunea. energie mare disipată în timpul colapsului bulelor de cavitație poate duce la deteriorarea suprafețelor structurilor subacvatice, elice, turbine, pompe și ansambluri de reactoare chiar nucleare. Amploarea acestui fenomen, numit eroziune hidraulică, poate fi diferit - din punctul de eroziune de suprafață, după mulți ani de funcționare până la eșecul catastrofal de structuri mari.
Vibrații. Cavitația asupra elicelor poate provoca fluctuații periodice ale presiunii care acționează asupra corpului și a centralelor electrice. Vibrația de cavitație a navei creează condiții inconfortabile pentru pasageri și echipaj.
Eficiență și viteză. Cavitația poate crește semnificativ rezistența hidrodinamică, rezultând o eficiență redusă a echipamentelor hidraulice. Cavitația excesivă pe elice poate reduce efortul său și limitează viteza maximă a navei; Cavitația poate fi, de asemenea, cauza unei scăderi a performanței turbinei sau a pompei și chiar a defectării acesteia.
Zgomot. Unele din energia eliberată de prăbușirea bulelor de cavitație se transformă în unde sonore. Acest zgomot este în mod particular nedorit în vasele navale, deoarece crește probabilitatea de detectare a acestora. De regulă, cavitația este nedorită (în tehnologie marină și turbo-pompă). Dar, în unele cazuri, este provocată în mod deliberat. Un exemplu este un monitor jet cavitational. Energia mare eliberată de colapsul bulelor de cavitație într-un jet de apă este folosită pentru forarea (datorită eroziunii) a rocilor și pentru tratarea suprafețelor.
Acțiune biologică. Cu ajutorul examinării medicale ultrasunete, bulele de cavitație pot apărea și cresc în țesuturile biologice. În prezența cavitației, ultrasunetele de înaltă intensitate pot provoca leziuni tisulare.
Vezi de asemenea
mecanica fluidelor;
SONAR;
Ultrasunetelor.
REFERINȚE
Knapp R. Daley J. Hammit F. Cavitație. M. 1974 Akulichev VA Cavitația în lichide criogenice și la fierbere. M. 1978 Levkovsky Yu.L. Structura fluxurilor de cavitație. L. 1978 Ivanov A.N. Hyperdynamics a fluxurilor de cavitație dezvoltate. L. 1980

Trimiteți-le prietenilor: